Отделение роботизированных методов медицинской реабилитации является подразделением Центра медицинской реабилитации и восстановительной медицины.

В работу отделения внедрены отечественные и зарубежные технологии восстановительного лечения и реабилитации, гармонически сочетающие классические проверенные методики и современные научные достижения.

Основное направление работы отделения - восстановительное лечение и реабилитация после нарушения мозгового кровообращения, черепно-мозговых травм, поражений опорно-двигательного аппарата.

Наличие высокотехнологичного реабилитационного оборудования с биологической обратной связью позволяет оценить функциональные резервы организма и составить индивидуальную программу лечения для каждого больного.

Комплекс Biodex Systems 4 PRO - лидер в области нейромышечного тестирования и реабилитационных упражнений. Сочетание динамических и статических мышечных нагрузок, возможность проводить мобилизацию суставов в различных направлениях позволяет осуществлять полноценное восстановление утраченных двигательных функций.

Области применения: ортопедия, неврология, травматология, спортивная медицина, производственная реабилитация, геронтология.

Комплекс обеспечивает быструю и точную диагностику, лечение и документирование нарушений, являющихся причиной функциональных расстройств суставов и мышц. В комплектацию входит набор приспособлений для работы с тазобедренным, коленным, плечевым, локтевым, голеностопным и лучезапястным суставами.

Система Biodex Systems 4 дает полную свободу в выборе режимов лечения на различных клинических этапах, что позволяет индивидуально подойти к проблемам каждого пациента.

Роботизированный реабилитационный комплекс Lokomat применяется для восстановления навыков ходьбы у больных с выраженным двигательным дефицитом вследствие черепно-мозговых и спинальных травм, последствий нарушения мозгового кровообращения.

Роботизированные ортезы точно синхронизированы со скоростью беговой дорожки и задают ногам пациента траекторию движения, которая формирует ходьбу, близкую к физиологической. Дружественный компьютерный интерфейс позволяет врачу управлять аппаратом и регулировать параметры тренировки согласно возможностям и потребностям каждого пациента Интегрированная система обратной связи визуально в реальном времени иллюстрирует параметры походки.

Роботизированный ортез Armeo позволяет повысить эффективность восстановления функции верхних конечностей, нарушенных вследствие черепно-мозговой и спинальной травм, рассеянного склероза, нарушения мозгового кровообращения; после оперативного удаления опухолей головного и спинного мозга; при посттравматических нейропатиях.

Занятия на Armeo дают возможность предотвратить угрожающую потерю мышечной силы и развитие контрактуры суставов, способствуют уменьшению спастичности, улучшению координации, обучают новым движениям. Armeo позволяет пациентам с гемипарезом, используя остаточные функциональные возможности поврежденной конечности, развивать и усиливать локомоторную и хватательную функции. Компьютерная программа содержит широкий набор эффективных и увлекательных видеоигр с различными уровнями сложности. Аппарат оснащен функцией биологической обратной связи.

THERA-VITAL - тренажер для реабилитации верхних и нижних конечностей в активно-пассивном режиме. Применяется:

• в неврологии (инсульт, ЧМТ, спинальная травма, болезнь Паркинсона, ДЦП);
• травматологии-ортопедии (состояние после длительной иммобилизации, после эндопротезирования);
• в кардиологической реабилитации;
• геронтологии (снижение дефицита движений у лиц пожилого и старческого возраста);
• для снижения последствий дефицита двигательной активности (отеки, контрактуры суставов);
• в целях профилактики осложнений у пациентов разных возрастов со сниженной двигательной активностью.

Реабилитационный тренажер Kinetec Centura используется для постоянной пассивной разработки плечевого сустава в целях профилактики суставной тугоподвижности, контрактуры мягких тканей и мышечной атрофии.

С применением тренажера предотвращается окоченение плечевого сустава, ускоряется процесс послеоперационного восстановления диапазона движений, улучшается качество суставной поверхности, уменьшается боль и отечность.

Показания к применению: операция на манжете мышц-вращателей, полная замена плечевого сустава, "замороженное плечо", переломы и вывихи, требующие реконструктивной операции на ключице, лопатке, артротомия, акромиопластика, ожоги, реабилитация после мастэктомии.

BTE TECHNOLOGIES (TECH TRAINER , PRIMUS RS ) - универсальные комплексы для функциональной оценки, диагностики и реабилитации опорно-двигательного аппарата. Включают большое количество адаптеров и насадок для симуляции различных профессиональных и повседневных действий (как изолированные, так и комплексные движения). Позволяют проводить тренировки во всех двигательных плоскостях. Благодаря сенсорному монитору и дружественному интерфейсу программного обеспечения значительно облегчаются тестирование и тренировки. Данные тестов и тренировок сохраняются и документируются.

Области применения: производственная и спортивная реабилитация, ортопедия, нейрореабилитация, тестирование силы.

Бесконтактный гидромассаж на аппаратах « Medistream », « Medy Jet »

Гидромассаж уже более 20 лет рекомендуется докторами и профессиональными спортсменами для облечения и снятия болей. Мощные волны теплой воды охватывают все тело, даря телу глубокий расслабляющий и восстанавливающий массаж. Процедура бесконтактного гидромассажа облегчает боль, снимает мышечное напряжение, улучшает кровообращение в массируемой области, снимает стресс и тревожность.

Альфа-капсула — это воздействие механолечебных, термолечебных и фотолечебных факторов: общая вибротерапия, системная и локальная термотерапия, импульсная фотостимуляция и селективная хромотерапия, аудиорелаксация, ароматерапия, аэроинотерапия. Альфа-массаж, проводимый в капсуле, улучшает настроение пациентов, снижает внутреннюю напряженность, значимо увеличивает прирост толерантности к физической нагрузке и стабилизирует вегетативный статус.

Показания для проведения процедур в Альфа-капсуле: избыточный вес; локальные жировые отложения; целлюлит; снижение тургора и тонуса кожи; очищение и детоксикация тела, эмоциональное напряжение, расстройства сна; неврозы; хроническая усталость; гипертоническая болезнь; головные боли; пониженный иммунитет; реабилитация после спортивных травм; последствия длительных перенесенных заболеваний.

Аппарат для пневмокомпрессии нижних конечностей PULSTAR s 2

В настоящее время пневмокомпрессия является основным методом, применяемым с целью профилактики и лечения различных хронических сосудистых заболеваний конечностей.

Пневматическая компрессия представляет собой метод активной функциональной терапии, где в качестве лечебного фактора используется дозированная физическая нагрузка - сдавливание конечностей. Процедуры пневмомассажа способствуют улучшению периферического кровообращения, ускорению тока крови, развитию коллатерального русла, уменьшению спазма сосудов, улучшению трофики тканей.

Показания к применению: местные отечные синдромы при венозной недостаточности и лимфостазе; облитерирующие заболевания нижних конечностей; снятие утомления и восстановление работоспособности после длительных физических нагрузок, вынужденной гиподинамии; в целях профилактики сосудистых заболеваний конечностей у лиц, которые длительное время по роду своей деятельности находятся на ногах; при постмастэктомических отёках верхних конечностей.

Многофункциональная кровать-массажер Nuga Best сочетает в себе различные методы оздоровления: рефлексотерапевтическое воздействие, мануальную терапию, физиотерапию, низкочастотную миостимуляцию.

Сочетание в одном изделии различных методик воздействия на организм позволяет проводить мероприятия эффективной профилактики и оздоровления по широкому спектру заболеваний:

• опорно-двигательного аппарата (заболевания позвоночника);
• трофических расстройств нейрогенного и сосудистого происхождения;
• периферической нервной системы (радикулиты);
• ситуационных стрессовых ситуаций (нервного переутомления);
• синдромом хронической усталости и физического переутомления;
• коррекция осанки в подростковом и юношеском возрасте;
• в гинекологии и урологии.

Реабилитация пациентов после травм и инсультов – это многоэтапный процесс, который происходит в течении длительного времени и включает в себя множество составляющих (эрготерапия, кинезиотерапия, курсы массажа, ЛФК, занятия с психологом, логопедом, лечение у невропатолога).
В современной медицине появляются новые методы, которые служат для восстановления функционирования головного мозга и скорейшего возвращения пациента к нормальной жизни.

Роботизированная механотерапия – новый метод реабилитации

Одним из новейших направлений восстановления двигательных функций пациента является роботизированная механотерапия. Суть её заключается в использовании специальных роботизированных конструкций для тренировки функций верхних и нижних конечностей с наличием обратной связи.

Достоинством робототерапии является достижение наилучшего качества тренировок по сравнению с традиционной лечебной физкультурой благодаря следующим факторам:

• увеличение длительности занятий;
• высокая точность циклических многократно повторяющихся движений;
• неизменяемая равномерная программа тренировок;
• наличие механизмов оценки эффективности выполняемых упражнений и возможность показать её пациенту.

1. Система для реабилитации верхних конечностей.

Такой тип устройств предназначен для восстановления функции кистей и пальцев рук в основном при инсультах и черепно-мозговых травмах, а также возможно проведение реабилитационных программ при посттравматических и послеоперационных патологиях суставов кистей рук, хронических дегенеративных и воспалительных болезней суставов кистей рук. Суть работы системы заключается в технике обратного обучения движениям верхних конечностей.

При травме или в области поражения мозговой ткани клетки погибают, и в этом участке мозга прекращается передача импульсов. Однако благодаря механизму нейропластичности мозг может адаптироваться ко многим патологическим ситуациям.

Нейропластичность – это способность здоровых нейронов, которые находятся возле очага поражения мозговой ткани, соединяться с окружающими нервными клетками и принимать на себя определенные функции, то есть при определенных условиях (например, получения стимулов с периферии) восстанавливать информационную передачу между центральной и периферической нервной системой.

Поэтому очень важным фактором является программа воздействий определенных стимулов на пораженную зону головного мозга. Такими стимулами являются многократно повторяющиеся функциональные движения, которые должны выполняться очень точно в определенном порядке.

Тренировки на роботизированных реабилитационных тренажерах могут обеспечить подобную программу стимулов. Устройство может выполнить от трехсот до пятисот высокоточных повторяющихся движений за час (по сравнению с тридцатью – сорока движениями при обычных тренировках), что создает оптимальные условия для восстановления функций руки в более короткий срок.

Курс терапии можно проходить в стационаре ежедневно, а можно и амбулаторно – тогда курс проводится почасово два-три раза в неделю.

2. Роботизированные комплексы для обучения навыку ходьбы.

Эти конструкции являются прорывом в робототехнике и предназначены для лечения патологических состояний с нарушениями функций ходьбы, координации и равновесия.

Показаниями к применению являются двигательные расстройства нижних конечностей, связанные с наличием черепно-мозговой или спинальной травмы, последствиями инсульта, паркинсонизма, рассеянного склероза и демиелинизирующих заболеваний.

Весь аппарат может включать в себя платформу для автоматической синхронизации ходьбы, систему подвеса тела пациента, автоматическую систему двигательной активности ног и компьютерную программу. Благодаря контролю и регулированию движений пациента с помощью датчиков достигается стимулирование пораженных участков головного мозга таким образом, как это происходит при естественной ходьбе. .

Использование таких систем восстановления позволяют:

• помочь пациенту встать на ноги и восстановить функцию ходьбы в наиболее короткие сроки;
• предотвратить осложнения, связанные с неподвижностью пациентов в течении длительного времени (пролежни, атрофия мышц, застойные явления в легких);
• адаптировать сердце и сосуды пациента к возвращению к физическим нагрузкам и вертикальному положению тела.

Курс терапии может длиться от пятнадцати до сорока пяти тренировок. Их количество определяется индивидуально для каждого пациента лечащим врачом после клинического обследования.

Виды роботизированных комплексов

Как свидетельствует клиническая практика, восстановление двигательной активности больных с помощью роботизированной механотерапии помогает в большинстве случаев избежать инвалидизации и вернуть пациентов к нормальной жизни.

Пройти курс роботизированной механотерапии с использованием новейших реабилитационных систем можно в медицинской клинике Эвексия . Эти революционные методы восстановления позволяют запрограммировать для каждого пациента свою персональную программу в зависимости от потребностей и возможностей больного.

". Перевод на русский язык редакции сайт

2.3 Медицина и робототехника

2.3.1 Обзор области

Здравоохранение и роботы

В результате демографических изменений во многих странах системы здравоохранения сталкиваются с возрастающей нагрузкой, поскольку им приходится обслуживать стареющее население. На фоне роста спроса на услуги совершенствуются процедуры, что приводит к улучшению результатов. Одновременно растут затраты на оказание медицинских услуг, несмотря на снижение числа людей, занятых в области оказания медицинской помощи.

Применение технологий, включая робототехнику, представляется частью возможного решения. В данном документе отрасль медицины разделена на три подобласти:

- Роботы для больниц (Clinical Robotics) : Можно определить соответствующие робототехнические системы, как те, что обеспечивают процессы "заботы" и "излечения". Прежде всего - это роботы для диагностики, лечения, хирургического вмешательства и ввода медикаментов, а также в системах экстренной помощи. Такие роботы управляются персоналом больницы или обученными специалистами в области заботы о пациентах.

- Роботы для реабилитации (Rehabilitation) : Такие роботы обеспечивают послеоперационную или посттравматическую помощь, когда прямое физическое взаимодействие с робототехнической системой будет либо ускорять процессс восстановления (выздоровления), либо обеспечивать замену утраченной функциональности (например, когда речь идет о протезе ноги или руки).

- Вспомогательные роботы (Assistive robotics) : В этот сегмент относят другие аспекты робототехники, применяемой в медицинской практике, когда первичным назначением робототехнических систем является обеспечение поддержки либо тому, кто оказывает медицинскую помощь, либо непосредственно пациенту, независимо от того, идет ли речь о больнице или о другом медицинском учреждении.

Все перечисленные поддомены характеризуются тем, что требуют обеспечения системами безопасности, которые принимают в расчет клинические потребности пациентов. В типовом случае управлением или настройками таких систем занимается квалифицированный больничный персонал.

Медицинская робототехника - больше, чем просто технология

Кроме развития непосредственно робототехнических технологий, важно, чтобы соответствующие роботы внедрялись, как часть процессов лечения в больнице или других медицинских процедур. Требования к системе должны формироваться на основе четко выявленных потребностей пользователя и получателя услуг. При разработке таких систем, принципиально важно демонстрировать ту дополнительную пользу, которую они могут обеспечить при их внедрении, это критически важно для дальнейшего успеха на рынке. Получение дополнительной пользы требует прямого вовлечения в процесс разработки данной техники профессионалов в области медицины, а также пациентов, как на стадии дизайна, так и на стадии внедрения при разработке роботов. Разработка систем в контексте среды их будушего применения обеспечивает вовлечение заинтересованных сторон. Ясное понимание существующей медицинской практики, очевидная необходимость обучения медицинского персонала пользованию системой, владение различной информацией, которая может потребоваться для разработки, - критически необходимые факторы при создании пригодной к дальнейшему внедрению системы. Введение роботов в медицинскую практику потребует адаптации всей системы оказания медицинских услуг. Это деликатный процесс, в рамках которого технология и практика оказания медицинских услуг оказывают взаимное влияние и должны будут адаптироваться друг к другу. С момента начала разработки, важно принимать во внимание этот аспект "взаимозависимости".

Разработка роботов для нужд медицины включает очень широкий набор различных потенциальных приложений. Рассмотрим их ниже, в контексте выделенных ранее трех основных сегментов рынка.

Роботы для больниц

Этот сегмент представлен разнообразными приложениями. Можно выделить, например, такие категории:

Системы, которые непосредственно расширяют возможности хирурга в плане ловкости (гибкости и точности) и силы;

Системы, которые позволяют проводить дистанционную диагностику и вмешательства. В эту категорию можно включать, как телеуправляемые системы, когда врач может находиться на большем или меньшем удалении от пациента, так и системы для использования внутри тела пациента;

Системы, которые обеспечивают поддержку во время диагностических процедур;

Системы, которые обеспечивают поддержку во время хирургических процедур.

Кроме этих приложений для больниц, существует некоторое количество вспомогательных приложений для больниц, включая роботов для взятия образцов, лабораторных исследований образцов ткани, а также других услуг, необходимых в больничной практике.

Роботы для реабилитации

Реабилитационная робототехника включает такие устройства, как протезы или например, роботизированные экзоскелеты или ортезы, которые обеспечивают тренировку, поддержку или замену утраченных активностей или нарушенной функциональностей человеческого тела и его структуры. Такие устройства могут применяться, как в больницах, так и в повседневной жизни пациентов, но как правило требуют первичной настройки медицинскими специалистами и последующего наблюдения за их правильной работой и взаимодействием с пациентом. Постоперационное восстановление, особенно в ортопедии, согласно прогнозам, будет основной сферой применения таких роботов.

Поддержка специалистов и ассистивная робототехника

Этот сегмент включает ассистивных роботов, предназначенных для использования в больницах или в домашней среде, которые разработаны для того, чтобы помогать персоналу больниц или сиделкам выполнять рутинные операции. Можно отметить существенную разницу в дизайне и внедрениях робототехнических систем, связанную с местом и условиями их использования. В контексте использования квалифицированным персоналом, будь то условия больницы или домашние условия при использовании робота для заботы о пожилом человеке, разработчики могут рассчитывать на то, что роботом управляет квалифицированный специалист. Такой робот должен соответствовать требованиям и стандартам больницы и системы здравоохранения и обладать соответствующими сертификатами. Эти роботы будет оказывать помощь персоналу соответствующих медицинских учреждений в их повседневной работе, особенно медсестрам и сиделкам. Такие робототехнические системы должны позволять сиделке проводить больше времени с пациентами, сокращая физическую нагрузку, например, робот сможет поднимать пациента для того, чтобы провести с ним необходимые рутинные операции.

2.3.2 Возможности в настоящее время и в перспективе

Робототехника для медицины - это чрезвычайно сложное направление для разработок в силу мультидисциплинарной природы и необходимости соблюдения различных жестких требований, а также из-за того, что во многих случаев медицинские робототехнические системы физически взаимодействуют с людьми, которые к тому же могут находиться в весьма уязвимом состоянии. Приведем основные возможности, существующие в выделенных нами сегментах медицины.

2.3.2.1 Больничные роботы

Это роботы для хирургии, диагностики и терапии. Рынок роботов для хирургического вмешательства велик по размерам. Робото-ассистивные возможности могут использоваться практически во всех областях - кардиологии, сосудологии, ортопедии, онкологии и неврологии.

С другой стороны, есть множество технических проблем, связанных с ограничениями на размеры, емкость, связанных с окружающей средой и небольшим числом технологий, которые доступны для немедленного использования в больничных условиях.

Кроме технологических проблем, есть и коммерческие. Например, связанные с тем, что США старается сохранять монопольное положение на этом рынке за счет объемной интеллектуальной сосбственности. Обойти эту ситуацию можно только за счет разработки принципиально нового "железа", ПО и концепций управления. Также для таких разработок требуется солидная финансовая поддержка высокозатратных, но необходимых разработок и соответствующих клинических испытаний. Типичные области, где сейчас есть возможности:

Минимально инвазивная хирургия (MIS)

Здесь можно добиться успеха за счет разработки систем, способных расширить возможности гибкости движений инструментов за пределы, обеспечиваемые анатомией рук хирурга, повысить эффективность, или дополнить системы обратной связью (например, позволяющей судить о силе нажатия), или дополнительными данными, помогающими осуществлять процедуру. Успехи рыночного внедрения могут зависеть от ценовой эффективности продукта, сокращенного времени его развертывания (подготовки к работе) и сокращения уровня дополнительного обучения, которое необходимо, чтобы научиться использованию роботизированной сситемы. Любая разработанная система должна наглядно демонстрировать "добавленную ценность" в контексте хирургии. Клинические опытные внедрения и оценки в ходе такого тестирования в клиниках являются обязательными для того, чтобы систему приняло хирургическое сообщество.

Если сравнивать с другими направлениями малоинвазивной хирургии, робото-ассистивные системы потенциально обеспечивают хирургу лучшее управление хирургическими инструментами, а также лучший обзор во время операции. От хирурга более не требуется стоять все время операции, поэтому он не устает столь же быстро, как при традиционном подходе. Тремор рук может быть почти полностью отфильтрован программным обеспечением робота, что особенно важно для применения в хирургии, имеющей дело с микромасштабами, например, хирургии глаза. В теории, хирургический робот можно использовать почти 24 часа в день, заменяя бригады хирургов, которые с ним работают.

Робототхеника может обеспечивать быстрое восстановление, сокращение травматизма и снижение негативного влияния на ткани пациента, а также снижение нобходимой радиационной дозы. Роботизированные хирургические инструменты могут разгрузить мозг врача, сократить "кривую обучения" и повысить эргономику рабочего процесса для хирурга. Способы терапии, использование которых сдерживают границы возможностей человеческого тела, также становятся возможными при переходе к использованию робототехнических технологий. Например, новое поколение гибких роботов и инструментов, позволяющих добраться до органов, глубоко скрытых в теле человека, позволяют сократить размер входного разреза в человеческом теле или обойтись естественными отверстиями в человеческом теле для выполнения хирургических операций.

В долгоросрочной перспективе, использование обучающихся систем в хирургии может сократить сложность проведения операции за счет увеличения потока полезной информации, которую хирург будет получать в ходе операции. Другие потенциальные преимущества включают возможность повышения уровня возможностей бригад парамедиков ("скорой помощи") при проведении с помощью роботов стандартных клинических экстренных процедур в полевых условиях, а также проведение теле-хирургических операций на удаленных объектах, где есть только соответствующий робот и нет квалифицированного хирурга.

Можно выделить следующие возможности:

Новые совместимые инструменты, обеспечивающие повышение уровня безопасности, при сохранении всех возможностей манипулции ими, включая негнущиеся инструменты. За счет использования новых методов управления или специальных решений (которые, например, могут встраиваться в инструмент или являться внешними по отношениюк к нему) функционирование инструметов может подстраиваться в реальном времени так, чтобы обеспечить совместимость или стабильность, когда что важнее;

Введение усовершенствованных ассистивных технологий, которые ведут и предупреждают хирурга во время операции, что позволяет говорить об упрощении решения задач хирургии и снижении числа ошибок медиков. Такая "обучающая поддержка" должна повысить "совместимость" оборудования и хирурга, что обеспечит интуитивность и отсутствие сомнений при использовании системы.

Применение подходящих уровней автономии роботов в хирургической практике вплоть до полной автономности конкретных хорошо детерминированных процедур, например: автономная аутопсия; взятие образцов крови (Veebot); биопсия; автоматизация части хирургических действий (затягивание узлов, поддержка камеры...). Повышение автономности обладает потенциалом повышения эффективности.

- "Умные" хирургические инструменты по-сути условно управляются хирургами. Эти инструменты находятся в прямом контакте с тканью и повышают уровень мастерства хирурга. Миниатюризация и упрощение хирургических инструментов в будущем, также как и доступности хирургических процедур внутри и снаружи "операционного театра" - основной путь развития таких технологий.

Обучение : Обеспечение физически точных моделей, что достигается за счет использования инструментов с тактильной обратной связью обеспечивают потенциал улучшения обучения, как на ранних стадиях обучения, так и при достижении уверенных навыков работы. Возможность симулирования широкого разнообразия условий и сложностей также могут повышать эффективность данного типа обучения. Сейчас качество тактильной обратной связи еще содержит ряд ограничений, что создает сложности в демонстрировании превосходства данного типа обучения.

Клинические образцы : Есть много областей для применения автономных систем для взятия образцов - от систем для взятия анализов крови и образцов ткани для биопсии до менее инвазивных методов аутопсии.

2.3.2.2 Робототехника для реабилитации и протезирования

Робототехника для реабилитации покрывает широкий диапазон различных форм реабилитации и может быть разделена на подсегменты. В Европе существует достаточно сильная промышленность в данном секторе и активное взаимодействие с ней ускорит технологическое развитие.

Средства реабилитации

Это средства, которые могут использоваться после травмы или после операции для тренировки и поддержки восстановления. Роль этих средств - поддержка выздоровления и ускорение восстановления, при одновременной защите пользователя и его поддержке. Такие системы могут использоваться в больничных условиях под надзором врачебного персонала или выступать самостоятельным упражнением, когда устройство управляет движениями или ограничивает движения - в зависимости от того, что требуется в данном конкретном случае. Такие системы также могут обеспечивать ценную данные о процессе восстановления и мониторить состояние более непосредственно чем даже при наблюдении за пациентом в условиях больницы.

Средства функциональной замены

Назначение такой робототехнической системы - это замена утраченной функциональности. Это может быть результатом старения или травматического ранения. Такие устройства разрабатывают с целью повышения мобильности и моторных навыков пациента. Они могут выполняться, как протезы, экзоскелеты или ортопедические устройства.

В развитых реабилитационных системах критически важно, чтобы существующие европейские производители были вовлечены в процесс в качестве известных участников рынка, а релевантные клиники и партнеры клиник были вовлечены в процесс разработки. Европа в настоящее время лидирует в мире в этой области.

Нейро-реабилитация

(Сеть COST TD1006, Европейская сеть Робототехники для Нейро-реабилитации обеспечивает платформу для обмена стандартизации определений и примеров разработок по всей Европе).

В настоящее время используется немного роботизованных устройств для нейро-реабилитации, поскольку еще не удалось обеспечить их широкого распространения. Робототехника используется для после-инсультной реабилитации в после-острой фазе и других нейро-моторных патологий, таких, как болезнь Паркинсона, множественный склероз и атаксия. Позитивные результаты с использованием роботов (не хуже или лучше, чем при использовании традиционной терапии) в реабилитационных целях начинают подтверждаться результатами исследований. В последнее время позитивные результаты также подтвержадются исследованиями в области нейро-визуализации. Было доказано, что интеграция с FES показала усиление позитивного результата (как для мышечной системы, так и периферийной и для центральной моторной). Упражнения с биологической обратной связью и игровыми интерфейсами начинают рассматриваться как решения, которые можно реализовать, но такие системы все еще находятся на ранней стадии разработки.

Для того, чтобы разрабатывать работоспособные системы необходимо решить несколько проблем. Это низкая стоимость устройств, проверенные результаты клинических испытаний, хорошо определенный процесс оценки состояния пациента. Возможности систем по корректной идентификации намерений пользователя и тем самым предотвращение травм, в настоящее время ограничивает эффективность таких систем. Управление и мехатроника, интегрированные для того, чтобы отвечать возможностям человеческого тела, включая когнитивную нагрузку, находятся на ранних стадиях развития. Должны быть достигнуты улучшения в надежности и в продолжительности рабочего времени до того, как могут быть разработаны пригодные к коммерческому использованию системы. Также целями разработки должны быть быстрое время развертывания и востребованность терапевтами.

Протезирование

Существенный прогресс может быть получен в области производства умных протезов, которые способны адаптироваться к особенностям движений пользователя и к условиям окружающей среды. Робототехника обладает потенциалом для комбинирования улучшенных способностей самообучения и повышенной гибкости и управления, особенно по части протезов верхних конечностей и кистевых протезов. Частные области исследований включают возможности адаптации к персональному, полу-автономному управлению, обеспечение искуственной чувствительности за счет обратной связи, улучшенная проверка, улучшенная энергоэффективность, self power recovery, улучшенный процессинг миоэлектрических сигналов. Смарт протезы и ортезы, управляемые активностью мышц пациента, позволят воспользоваться преимуществами таких систем обширным группам пользователей.

Системы поддержки мобильности

Пациенты с сокращением физических возможностей, временным или постоянным, могут воспользоваться преимуществами, связанными с повышением мобильности. Роботизированные системы могут обеспечивать поддержку и упражнения, необходимые для увеличения мобильности. Уже есть примеры разработок таких систем, но они находятся на ранней стадии развития.

В будущем возможно что такие системы смогут компенсировать даже когнитивные расстройства, предотвращая падения и несчастные случаи. Ограничения таких систем связаны с их стоимостью, а также с возможностью длительно носить на себе такие системы.

В ряде реабилитационных приложений, есть возможность использования натуральных интерфейсов, таких как миоэлектрика, снятие сигналов с головного мозга, а также интерфейсов, основанных на речи и жестах.

2.3.2.3 Поддержка специалистов и ассистивные роботы.

Поддержка со стороны специалистов и ассистивная робототехника могут быть разделены на ряд областей применения.

Системы поддержки заботящегося о пациенте : Поддерживающие системы, используемые лицами, заботящимися о пациентах, которые взаимодействуют с пациентами или системы, используемые пациентами. Они могут включать роботизированные системы, которые обеспечивают использование лекарственных средств, берут образцы, улучшают гигиену или процессы восстановления.

Подъем и перемещение пациента : Системы подъема и позиционирования пациента могут обладать различными возможностями от точного позиционирования во время хирургических вмешательств или сеансов лучевой терапии до содействия младшему медицинскому персоналу или лицам, заботящимся о пациенте, в подъеме человека с кровати или укладывании на нее, а также в транспортировке пациентов по больнице. Такие системы могут быть разработаны так, чтобы их можно было конфигурировать в зависимости от состояния пациента и использовать их так, чтобы у пациента была определенная степень управления их положением. Ограничения здесь могут быть связаны с необходимостью получения сертификатов безопасности и безопасного управления силами, достаточными для перемещения пациентов так, чтобы исключить возможные травмы пациентов. Энергоэффективные структуры и дизайн, выполненный с учетом необходимости экономии пространства, будут критичны для эффективных внедрений.

При разработке ассистивных робототехнических решений, важно придерживаться набора базовых принципов. Разработка должна фокусироваться на поддержке дефицита функциональности, а не на создании специфических условий. Решения должны быть практичными с точки зрения их использования и обеспечивать заметные преимущества для пользователя. Это может включать использование технологий для мотивирования пациентов делать для себя как можно больше, при одновременном сохранении безопасности. Внедрение таких систем не будет жизнеспособным и востребованным, если они не обеспечат воможности снижения нагрузки на персонал, создавая экономический кейс для внедрения, при одновременной надежности и безопасности использования.

Роботы для биомедицинских лабораторий для медицинских исследований

Роботы уже находят примнение в биомедицинских лабораториях, где они сортируют образцы и манипулируют ими в процессе проведения исследований. Приложения для создания сложных роботизированных систем расширяют возможности еще более, например, в область усовершенствованного скрининга клеток и манипуляций, связанных с клеточной терапией и избирательной сортировкой клеток.

2.3.2.4 Требования в среднесрочном периоде

Следующий список представляет "точки роста" в области медицинской робототехники

Экзоскелеты для нижней части туловища, которые подстраивают свое функционирование к индивидуальным особенностям поведения пациента и/или особенностям его анатомии, оптимизируя поддержку в зависимости от пользователя или условий окружающей среды. Системы могут адаптироваться пользователем к различным условиям и выполнению различных задач. Области применение: нейро-реабилитация и поддержка работников.

Роботы, предназначенные для автономной реабилитации (например, реабилитация в "игровом" режиме, реабилитация верхних конечностей после инсульта) должны воспринимать нужды пациента и его реакции, а также подстраивать под них терапевтическое воздействие.

Роботы, предназначенные для поддержки мобильности и возможностей пациента к манипуляции, должны поддерживать натуральные интерфейсы, гарантируя безопасность и работоспособность в условиях окружающей среды, близкой к "натуральной".

Реабилитационные роботы, разработанные для того, чтобы обеспечивать интеграцию сенсоров и двигателей, за счет обеспечения двунаправленной связи, включая мультирежимный ввод команд (миоэлектрика + инерциальная сенсорика) и мультирежимной обратной связи (электро-тактильной, вибро-тактильной и/или визуальной).

Протезы рук, запяться, кисти, которые автоматически адаптируются к пациенту, позволяя ему управлять по-отдельности любым пальцем, вращением большого пальца, кистевыми DOF-ами. Это должно сопровождаться применением множественных сенсоров и алгоритмов распознавания паттернов, чтобы обеспечить естественность управления (постоянное управление силой) за счет возможных DOFs. Области применения: восстановление функциональности руки для ампутантов.

Протезы и реабилитационные роботы, оснащенные системами полу-автоматического управления для улучшения качества функционирования и/или сокращения когнитивной нагрузки на пользователя. Системы должны позволять восприятие и интерпретацию окружения вплоть до определенного уровня, чтобы сделать возможным автономное принятие решений.

Протезы и реабилитационные роботы способные задействовать разнообразные онлайн-ресурсы (хранилища информации, процессинг) за счет использования облачных вычислений, чтобы внедрить усовершенствованную функциональность, которая находится существенно за пределами возможностей "бортовой" электроники и/или возможностей прямого управления со стороны пользователя.

Недорогие протезы и робототехнические решения, созданные с использованием аддитивных технологий или массовых производств (3D-печать и т.п)

Надомная терапия, снижающая интенсивность невропатической боли или фантомной боли верхних конечностей за счет усовершенствованной интерпретации сигналов, снимаемых с мышц, благодаря использованию роботизированных конечностей (с меньшей гибкостью, чем в предыдущих примерах) и/или "виртуальной реальности".

Биомиметрическое управление взаимодействием с роботом-хирургом.

Адекватные технологии механической актуации и сенсорики для разработки гибких миниатюрных роботов с силовой обратной связью, а также инструментов для усовершенствованной и расширенной хирургии с минимальной инвазивностью.

Системы подзарядки от окружающей среды для имплантируемых микро-роботов.

Для получения биомиметрического управления процессами реабилитации: интеграция волевых "импульсов" при движении субъекта, при поддержке FES для улучшенного повторного обучения моторике, при управлении роботом.

Разработка применимых в условиях больницы методов для восстановления двигательной активности, которая выходит за пределы парадигмы обычно используемых статичных механизмов с ручной настройкой.

На низком TRL

Автоматизированное когнитивное понимание необходимых задач в действующем окружении. Бесшовное физическое объединение человек-робот для условий "обычной" окружающей среды на базе дополнительного управляющего интерфейса. Полноценная, не требующая настроек адаптивность к пациенту. Надежность выявления намерений.

Все большую роль играют микророботы способные самостоятельно функционировать внутри человеческого организма. Отметим что медицинские робототехнические системы являются медицинскими по своей сути объединяя в единое целое механические и электронные компоненты функционирующие в составе интеллектуальной робототехнической системы. Роботы для реабилитации инвалидов. Медицинские роботы реабилитации предназначены главным образом для решения двух задач: восстановления функций утраченных конечностей и жизнеобеспечения инвалидов прикованных к...

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Введение

Последнее десятилетие отмечено бурным развитием высоких медицинских технологий, формирующих облик медицины 21 века. Во многих развитых странах активно ведутся разработки различных мехатронных устройств медицинского назначения. Основные направления развития медицинской мехатроники – разработка систем для реабилитации инвалидов, выполнения сервисных операций, а также для клинического применения. Основные направления развития медицинской мехатроники представлены на рис. 1.

Рисунок 1. Основные направления развития медицинской мехатроники.

Все большую роль играют микророботы, способные самостоятельно функционировать внутри человеческого организма. Отметим, что медицинские робототехнические системы являются медицинскими по своей сути, объединяя в единое целое механические и электронные компоненты, функционирующие в составе интеллектуальной робототехнической системы. ниже рассмотрены основные достижения в области медицинской мехатроники и намечены перспективы ее дальнейшего развития.

Роботы для реабилитации инвалидов.

Медицинские роботы реабилитации предназначены главным образом для решения двух задач: восстановления функций утраченных конечностей и жизнеобеспечения инвалидов, прикованных к постели (с нарушениями зрения, опорно-двигательного аппарата и другими тяжкими заболеваниями).

История протезирования насчитывает не одно столетие, но к мехатронике непосредственное отношение имеют лишь так называемые протезы с усилением. Современные автоматизированные протезы не нашли широкого применения из-за конструктивных и эксплуатационных несовершенств и малой надежности в работе. Но уже сейчас делается многое, чтобы улучшить их характеристики за счет внедрения в их конструкцию новых материалов и элементов, таких, как пленочные тензодатчики для управления силой сжатия пальцев руки-протеза, электронно-оптические датчики, монтируемые в оправе очков для управления протезом руки с помощью глаз пациента и т.п.

В Японии разработана механическая рука, исполнительный орган которой имеет шесть степеней свободы и систему управления протезом. В Оксфорде (Великобритания) создана система управления для манипуляторов, предназначенных для протезирования, особенностью которых является способность выполнения заданий заранее не запрограммированных. Они обеспечивают обработку сенсорной информации, включая систему распознавания речи. Одной из проблем является формирование управляющих сигналов пациентом без помощи конечностей. Известны устройства для помощи пациентам с двумя или четырьмя ампутированными или парализованными конечностями, приводимые в движение с помощью электрического сигнала, возникающими в результате сокращения мышц головы или туловища. Разработана конструкция механической руки с телесистемой, управление которой осуществляется датчиками на голове больного, реагирующими на движение головы или бровей и подающими сигналы микропроцессору, управляющему исполнительным органом манипулятора.

Для решения задач жизнеобеспечения неподвижных больных созданы различные варианты роботизированных систем. Качественно новым конструктивным решением является антропоморфная рука – манипулятор, смонтированная на инвалидной коляске и управляемая ЭВМ. Данная система позволяет больному с минимальным уровнем подготовки управлять рукой - манипулятором для удовлетворения физиологических потребностей, пользования телефоном и т.д.

Известны медицинские роботизированные комплексы, функционирование которых осуществляется через центральный контрольный пост или с помощью различных командных устройств, задание для которых пациент формирует с помощью речевых команд. Система включает в себя антропоморфную руку - манипулятор, управляющую аппаратуру, командное устройство, телевизионный монитор, а также автоматизированную транспортную тележку. По желанию больного включаются телевизор, радио, осветительные приборы, изменяется положение больного на кровати, приводится в действие манипулятор.

Важной проблемой, связанной с реабилитацией инвалидов, является создание для них рабочих мест. В Великобритании разработано автоматизированное рабочее место для инвалидов с нарушениями опорно-двигательной системы. Робот представляет собой манипуляционную систему, которая управляет речевыми командами оператора; он способен по желанию пациента выбирать музыкальные диски, книги, переворачивать листы читаемой книги, переключать периферийные устройства компьютера, набирать номера телефонов.

В США было разработано автоматизированное рабочее место с антропоморфной рукой – манипулятором для инвалидов, страдающих тяжелой формой нарушения опорно–двигательной системы. Пациент с минимальным уровнем подготовки может управлять роботом, предназначенным для приема пищи, питья, ухода за волосами, чистки зубов, чтения, пользования телефоном, а также для работы на персональном компьютере. Контроллер, размещенный под подбородком пациента, для управления автоматизированным рабочим местом может монтироваться на инвалидной коляске или на столе рабочего места. Это делает, в частности, возможным использование большого числа автоматизированных рабочих мест для одновременного кормления группы пациентов. Такие мероприятия обеспечивают пациентам возможность общения друг с другом и способствуют их осознанию себя как полноправного члена общества.

Сервисные роботы.

Медицинские роботы сервисного назначения призваны решать транспортные задачи по перемещению пациентов, различных предметов, связанных с их обслуживанием и лечением, а также выполнять необходимые действия по уходу за больными, прикованными к постели.

Внедрение в систему здравоохранения роботов этой группы позволит освободить медперсонал от рутинной вспомогательной работы, предоставив ему возможность заниматься своими профессиональными делами.

Разработан робот, выполняющий функции, связанные с приложением больших усилий – транспортировка, укладывание больных и т.п. Робот представляет собой электрогидравлическую систему с автономным источником питания. Возможность управлять роботом предоставляется как пациенту, так и мед персоналу. Он оснащен сенсорной системой. Робот способен обслуживать больного, масса которого не превышает 80 кг.

В Великобритании разрабатывается роботизированное устройство, способное выполнять операции по переворачиванию лежачих тяжелобольных с целью устранения у них пролежней. В результате появляется возможность устранить вынужденные потери и освободить медсестер от выполнения этой изнурительной работы. Такие устройства позволяют, в частности, одному медработнику мыть в ванне тяжелобольных, не прибегая к помощи других сотрудников.

В Японии разработан образец мобильного робота – поводыря Meldog для слепых, представляющий собой небольшую траспортную четырехколесную полноприводную тележку, система управления которой оснащена системой технического зрения и ЭВМ. В память ЭВМ записан маршрут движения в пределах данного населенного пункта. Одни датчики робота по месторасположению стен домов и выбранных опорных точек идентифицируют уличные перекрестки, другие обнаруживают дорожные препятствия. По сигналам с датчиков бортовая ЭВМ робота вырабатывает стратегию преодоления препятствий. Робот – поводырь управляет движением слепого пациента с помощью элементов связи, которые расположены на мягком прилегающем к телу инвалида поясе. Электрические импульсы, генерируемые этим поясом, являются командами для пациента при остановке робота или его повороте налево или направо. Робот контролирует скорость своего передвижения и останавливается в 1..2 м впереди ведомого слепого пациента. В перспективе появление подобных мобильных роботов с улучшенной системой управления, основанной на принципах вероятностной логики.

Внедрение транспортных мобильных роботов в инфраструктуру медицинских учреждений России значительно облегчит решение вопроса о нехватке младшего медицинского персонала.

Основными видами транспортировочных работ, которые предполагается поручать медицинским мобильным роботам, является: централизованная доставка медицинских материалов и оборудования, лотков и поддонов с пищей для пациентов, лабораторных анализов, готовых медикаментов, почты для больных, а также утилизация и транспортировка материалов и отходов из служебных помещений.

В США разработан транспортный мобильный робот для госпиталей. В госпитале г. Данбэри этот робот в автономном режиме управления развозит лотки с пищей. Госпиталь насчитывает 450 коек для больных. Ежедневно робот развозит около 90 поддонов или лотков с пищей для вновь прибывших пациентов.

Медицинский робот Helpmate оснащен системой технического зрения, состоящей из нескольких цветных ТВ – камер, акустических локаторов и неконтактных НК – датчиков для обнаружения дорожных препятствий, измерения расстояния до них и составления маршрута безопасного движения. На передней стенке робота расположены также электровыключатель экстренной остановки (продублированный на задней стенке), сигнальная лампа – вспышка и сигналы поворота.

На заднюю стенку робота выведены устройства считывания карты местности: клавишная панель, переключатель вида работ, шкаф для лотков с пищей и ниша для аккумуляторов.

Стратегия преодоления препятствий решается с помощью бортовой ЭВМ на базе составленной карты местности. Данные, полученные с датчиков первичной информации, логически обрабатываются и выводятся на карту местности. Датчики сканируют местность спереди передвигающегося робота, так что в случае появления препятствия робот по сигналам с датчиков останавливается. В течение нескольких минут ЭВМ обрабатывает данные и подтверждает наличие преграды. Если препятствие движется, то робот ожидает до тех пор, пока оно не исчезнет. Если же объект стоит неподвижно, то робот начинает маневрировать в целях обхода препятствия сбоку. Все процессы маневрирования записываются в память машины. В случае неудачи все записанные параметры маневрирования сравниваются с истинным положением робота и проводится корректировка программы и системы управления. Время обучения мобильного робота передвижению в автономном режиме зависит от сложности маршрута, размеров коридоров и дверных проёмов в больнице.

Помимо робота Helpmate в США разработана госпитальная роботизированная система Robotek упрощенной конструкции и меньшей стоимости.

В Канаде ведутся исследования по созданию медицинского мобильного робота автономного управления с высокими тактико-техническими характеристиками. В целях обеспечения высокой функциональной надежности система управления робота оснащена резервной системой управления, а также системой самодиагностики, способной в автоматическом режиме определять отказы в системе управления и их причины.

В Японии для транспортировки лежачих больных в пределах госпиталя разрабатывается медицинская мобильная робототехническая система, представляющая собой дистанционно управляемую транспортную тележку. Робот оснащен устройством для перекладки больного с больничной койки на транспортировочное средство, состоящей из доски с крепежными мягкими ремнями вверху и внизу. Это подвижное устройство может перемещаться между пациентом и его коечным матрацем и позволяет самому больному передвигаться на доске, которая подвешивается на роботе в двух местах, позволяющих ей принимать конфигурацию кресла.

По мнению экспертов Japan Industrial Robot Association (JIRA ), японский рынок госпитальных мобильных роботов возрос с 1000 в 1995 году до 3200 в 2000 г.

За последние годы повысился интерес к мобильным госпитальным роботам и в ряде европейских стран. Во Франции и Италии ряд ведущих робототехнических и электронных компаний включились в разработку роботизированных систем для транспортировки продуктов, как в госпитале, так и в офисе. Ведутся работы по созданию роботов для эвакуации раненых из зон природных и техногенных катастроф.

Клинические роботы.

Клинические роботы предназначены для решения трех главных задач: диагностики заболеваний, терапевтического и хирургического лечения.

Ряд существующих диагностических систем с изображением на экране исследуемой области (например томографический прибор, управляемый от ЭВМ), уже использует элементы мехатроники и робототехники. Предполагается, что массовое появление медицинских приборов различного назначения, управляемых ЭВМ, окажет сильное влияние на врачебную практику.

В Японии запатентован микроманипулятор, предназначенный для проведения медицинских и биологических исследований на клеточном уровне, позволяющий измерять электрическое сопротивление клетки, делать микроинъекции в клетку медицинских препаратов и ферментов, менять конструкцию клетки и извлекать ее содержимое.

Другой областью применения роботов является радиотерапия, где они используются в целях понижения уровня радиационной опасности для медицинского персонала. Использование роботов считается наиболее целесообразным при проведении замены нескольких дорогостоящих стационарных радиоактивных источников во многолучевых установках. Разработка манипуляторов для радиотерапевтических отделений находится в экспериментальной фазе. На этой же фазе находятся работы по созданию робота – массажера.

Существует ряд сложных хирургических операций, выполнение которых сдерживается отсутствием опытных хирургов, поскольку такие операции требуют высокой точности исполнения. Например, в микрохирургии глаза существует такая операция, как радиальные разрезы роговой оболочки (radial keratotomy ), с помощью которой можно корректировать фокусное расстояние глаза при устранения близорукости. Идеальная глубина надреза оболочки глаза должна не превышать 20 мкм. Опытный хирург при проведении этой операции может выполнять надрезы на глубину 100 мкм. В Канаде разрабатывается медицинский робототехнический комплекс, способный делать высокоточные надрезы на глазной роговице и обеспечивать нужную кривизну глаза. Другим примером исполнения хирургических операций высокой точности является микронейрохирургия. В Великобритании уже разработан медицинский робот для микрохирургии мозга.

Созданный в США медицинский робот с манипулятором «Пума» продемонстрировал возможность извлечения кусочка ткани головного мозга для проведения биопсии. С помощью специального сканирующего устройства с трёхмерной системой отображения информации определялись место и скорость ввода двухмиллиметрового сверла для забора образцов мозговой ткани.

Во Франции разрабатывается медицинский робот – ассистент для оказания помощи при проведении хирургических операций на позвоночнике, когда любая ошибка хирурга может привести к полной парализации пациента. В Японии созданный медицинский робот продемонстрировал возможность трансплантации роговицы глаза, взятой у мертвого донора.

К достоинствам медицинских роботов относится их способность воспроизводить требуемую последовательность сложных движений исполнительных инструментов. В Великобритании продемонстрирован медицинский робот – тренажер для обучения врачей и моделирования процессов хирургических операций на простате, в ходе которых производится серия сложных надрезов в различных направлениях, последовательность исполнения которых трудна для запоминания и выполнения.

В США запатентована роботизированная система для помощи хирургу при выполнении операций на костях. Данная система применяется в ортопедических операциях, при которых важнейшим является точное позиционирование инструмента относительно коленного сустава. Роботизированная система состоит из операционного стола, неподвижного устройства, робота, контроллера и супервизора. Пациент размещен так, чтобы бедро было неподвижно закреплено внутри устройства. Другое бедро пациента закреплено к операционному столу ремнями.

Основание робота прочно закрепляется на операционном столе. Инструмент устанавливается на роботе, манипулятор которого может перемещаться имея 6 степеней подвижности. Манипулятор содержит позиционно – сенсорное устройство для выработки сигналов, указывающих положение манипулятора относительно координатной системы. В составе робота используется серийный манипулятор PUMA 200, который благодаря своей относительной простоте легко адаптируется к хирургическим операциям. Контроллер отслеживает все все движения робота и передает их на супервизор. Команды на перемещения и управление вспомогательными операциями, вырабатываемые контроллером, передаются роботу сигналами позиционирования, поступающими по соединительным кабелям.

Существует несколько способов управления движением робота. При изготовлении робот оснащается дополнительным устройством с учебной программой. Устройство для обучения представляет собой прибор с полуавтоматическим управлением маневрированием робота. Маневрирование состоит из серии отдельных шагов – перемещений. Контроллер записывает эти шаги так, чтобы робот мог затем сам повторить их. Для управления роботом могут применяться речевые команды или другой тип управления. Робот может перемещаться и пассивным образом, для чего в манипуляторе предусмотрено ручное управление движением.

Супервизор, так же как и контроллер, обеспечивается управляющими командами и программами на языке VAL – 11. При работе с супервизором все команды на движение проходят через контроллер. Перед дисплеем устанавливается специальный экран, известный под торговой маркой « Touch window » (TSW ), который используется в качестве прибора для ввода команд в процессе операции. Все изменения на кости отображаются на экране монитора. В операционной этот экран покрывается стерильной пленкой, что позволяет хирургу непосредственно управлять хирургическим операционным процессом. Программы операций базируются на геометрических соотношениях между параметрами протеза, параметрами костных разрезов и осями сверления отверстий. Робот будет перемещать инструмент по определенным позициям в соответствующих плоскостях. Началом системы координат будет некоторая фиксированная точка на опорной поверхности.

В последние годы в области автоматизации хирургических процессов появились сообщения о попытках создания роботизированных систем для дистанционной хирургии с помощью телевизионных установок, когда хирург и пациент разделены большими расстояниями.

К числу наиболее актуальных задач относится диагностика и хирургия сосудистых заболеваний. В Японии, Италии, России ведутся работы по созданию мобильных микророботов, предназначенных для разрушения атеросклеротических отложений в кровеносных сосудах. Предполагается, что мобильные микророботы будут работать в автоматическом режиме, перемещаясь по анатомическому руслу кровеносной системы.

В настоящее время в МГТУ им. Н.Э. Баумана ведутся работы по созданию роботизированной системы, позволяющей решать эти задачи. Система включает артериальный носитель – микроробот, способный перемещаться по кровеносному руслу и оснащенному ультразвуковым микродатчиком, а также необходимым рабочим инструментом. Функциональная схема этой системы приведена на рис.2. Хирург – оператор, получая информацию о состоянии сосуда, имеет возможность с помощью микроробота осуществлять процедуры как медикаментозного, так и хирургического характера.

В Канаде проводятся экспериментальные исследования телеоператора – робота для лапароскопических операций. Новая медицинская технология основана на применении миниатюрной камеры и специальных инструментов, вводимых через брюшную стенку. Видеоизображение передается на монитор, и ассистент координирует движения оперирующей группы в заданном направлении. Положение миниатюрной видеокамеры в брюшной полости координируется с помощью манипулятора, управляемого хирургом.

Рисунок 2. Функциональная схема робототехнической системы для внутрисосудистой диагностики и хирургии

Отметим, что клинические робототехнические системы являются эргатическими т.е. функционируют при участии оператора. Высокий уровень технологий позволяет существенно расширить возможности оперативного вмешательства. Примером может служить дистанционно управляемая манипуляционная система для проведения операций на сердце. В последнем случае хирург получает возможность проводить операции с разрешением, в 2-3 раза меньшим, чем позволяет его рука при непосредственной работе с инструментом. Следует подчеркнуть, что подобного рода операции возможны только при достаточно высоком уровне информационных технологий, использовании активного интерфейса и экспертных систем, обеспечивающих диалог хирурга с робототехнической системой на протяжении всей операции, контролирующих его действия и предотвращающих возможные ошибки. Наряду с непосредственным управлением движением мини – манипуляторами и микророботами с помощью органов ручного управления хирург имеет возможность использовать речевые команды для управления как рабочим инструментом, так и средствами информационного обеспечения. Таким образом, использование клинических робототехнических систем позволяет не только отказаться в ряде случаев от традиционных медицинских технологий, но и существенно облегчить условия труда хирурга и врача – диагноста.

Заключение.

Из вышеизложенного следует, что медицинская мехатроника находится в состоянии быстрого подъема, темпы которого значительно выше, чем в традиционных областях мехатроники. Вместе с тем необходимо упомянуть и о факторах, сдерживающих применение мехатронных устройств в медицинской практике, которые справедливы не только для России, но и для всех развитых стран. Важнейшим среди них является психологический фактор, связанный с дегуманизацией медицинского обслуживания и проявляющийся не только со стороны пациентов, но и со стороны медицинского персонала. Этот фактор вызывает отторжение идеи применения мехатроники для столь деликатной сферы, как организм человека. Его преодоление требует отношения к мехатронике, в первую очередь, как к средству, инструменту медицинской практики врача, хирурга. Необходимо обратить внимание на обеспечение надежности мехатронных систем и их безопасность для пациента.

Другим сдерживающим фактором является разобщенность и неполное взаимное понимание специалистов в области техники и медицины. Это обстоятельство требует подготовки специалистов нового типа, владеющих не только инженерными знаниями, но и хорошо знакомыми с особенностями медицинских технологий. Необходимо обратить внимание на тот факт, что в настоящее время еще не сложилась в полной мере биотехническая методология, предусматривающая системный подход к проектированию мехатроных медицинских систем.

Наиболее трудноразрешимая задача, возникающая при проектировании медицинских мехатронных систем, заключается в согласовании между собой отдельных элементов системы. При этом можно выделить следующие условия совместимости:

1. биофизическая совместимость характеристик биологического объекта и технических элементов мехатронной системы;
2. информационная совместимость мехатронной системы и оператора системы;
3. эргономическая совместимость мехатронной системы по отношению как к оператору, так и к пациенту;
4. психологическая совместимость технической части системы с оператором и пациентом.

Соблюдение этих условий позволит уже в ближайшее время преодолеть факторы, сдерживающие широкое применение мехатронных систем в медицинской практике.

Медицинские роботы

Реабилита- ционные

ервисные

Клинические

Протезы

Манипуляторы

Автоматическое рабочее место

Диагностика

Поводырь

Терапия

Хирургия

Эвакуация пострадавших

Уход за больными

Хирург - оператор

Система безопасности

Ручное управление

Компьютер

Монитор

Интерфейс связи

Система внедрения

Микроробот

Ультразвуковой датчик

Микродвигатель

Хирургический инструмент

Кровеносный сосуд

Биологический объект

Состояние пациента

АРМХ

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
18942.		Реабилитации детей-инвалидов в отделении дневного пребывания (на примере Республиканского центра реабилитации детей с ограниченными возможностями «Идегел» республики Тыва)	63.62 KB
	Именно поэтому решение проблем детей-инвалидов на сегодняшний день является одним из важнейших необходимых действий социальной политики государства социальных учреждений специалистов по социальной работе и общественных организаций. Создание условий для успешной социализации детей-инвалидов в современном обществе - это задача не только государственных и социальных учреждений но и общественных организаций. В России как и во всем мире наблюдается тенденция роста числа детей-инвалидов. в органах социальной защиты населения состояло на...
11800.		ПРОБЛЕМА РЕАБИЛИТАЦИИ ДЕТЕЙ-ИНВАЛИДОВ В ОТДЕЛЕНИИ ДНЕВНОГО ПРЕБЫВАНИЯ	64.55 KB
	Сегодня в России, согласно официальным статистическим данным, проживает более 8 миллионов инвалидов, и ожидается дальнейший численный рост этой группы. Кроме них есть миллионы людей с ограниченными возможностями, не имеющие официального, юридически оформленного статуса инвалидов. Известно, что таким людям значительно труднее, чем здоровым, адаптироваться в постоянно меняющейся ситуации. Им нужна для этого квалифицированная помощь.
9210.		Клинические роботы	10.48 KB
	Манипулятор содержит позиционно – сенсорное устройство для выработки сигналов указывающих положение манипулятора относительно координатной системы. Началом системы координат будет некоторая фиксированная точка на опорной поверхности. Предполагается что мобильные микророботы будут работать в автоматическом режиме перемещаясь по анатомическому руслу кровеносной системы. Баумана ведутся работы по созданию роботизированной системы позволяющей решать эти задачи.
5561.		Промышленные роботы	704.93 KB
	Среди самых распространённых действий совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие: перемещение деталей и заготовок от станка к станку или от станка к системам сменных палет; сварка швов и точечная сварка; покраска; выполнение операций резанья с движением инструмента по сложной траектории...
1933.		Манипуляционные роботы	648.12 KB
	Манипуляционный робот состоит из манипулятора исполнительных устройств устройств очувствления устройств связи с оператором и ЭВМ. Их также называют автоматическими программными манипуляторами или промышленными роботами. Характерной особенностью интеллектуальных роботов является их способность вести диалог с человеком распознавать и анализировать сложные ситуации планировать движения манипулятора и осуществлять их реализацию в условиях ограниченной информации о внешней среде. Управление манипуляторами этого типа роботов...
9211.		Промышленные и мобильные роботы	412.87 KB
	В энциклопедическом словаре роботом называется автоматическая система машина оснащенная датчиками воспринимающими информацию об окружающей среде и исполнительными механизмами способная с помощью блока управления целенаправленно вести себя в изменяющейся обстановке. Роботы можно классифицировать по: областям применения – производственные промышленные военные боевые обеспечивающие исследовательские медицинские; среде обитания эксплуатации – наземные подземные надводные подводные воздушные космические; степени...
2414.		Спортивно-медицинская классификация инвалидов	37.08 KB
	Лекция Тема: Спортивномедицинская классификация инвалидов Дисциплина: Врачебный контроль в адаптивной физической культуре Специальность: 032102 специалист по адаптивной физической культуре Факультет очного обучения педагогический Разработала: Флянку И. Спортивномедицинская классификация спортсменовинвалидов с врожденными и ампутационными дефектами конечностей 9 классов. Спортивномедицинская классификация спортсменовинвалидов с последствиями травм позвоночника и спинного мозга 6 классов. Спортивномедицинская классификация...
7805.		СОЦИАЛЬНАЯ АДАПТАЦИЯ ПОЖИЛЫХ И ИНВАЛИДОВ	17.99 KB
	Стадии социальной адаптации. Механизмы социальной адаптации. Напротив понятия адаптация и адаптационный процесс используются сегодня в биологии и социальной психологии философии и кибернетике социологии и экологии и т. Это происходит в первую очередь в силу динамичного характера социальной жизни приводящего к постоянным изменениям среды жизнедеятельности человека.
17536.		Сестринский процесс в реабилитации пациентов перенесших ОНМК	133.15 KB
	Сестринский процесс в поэтапной реабилитации постинсультных пациентов определяет основные направления мероприятий которые способствуют улучшению их качества жизни пациента. Выявление этих симптомов является частью работы по постановке сестринского диагноза и выявления основных проблем пациента. Таким образом основными проблемами пациента вострый период инсульта являются: боль головная боль боль в парализованных конечностях. Медицинская реабилитация в первую очередь показана пациентам у которых вследствие заболевания имеется высокий...
20367.		ВЛИЯНИЕ ВОЗРАСТНОГО ФАКТОРА НА РЕЗУЛЬТАТЫ РЕАБИЛИТАЦИИ ПАЦИЕНТОВ С НЕВРОЛОГИЧЕСКОЙ ПАТОЛОГИЕЙ	851.54 KB
	Оценка эффективности анализа лечения и реабилитации пациентов. Острые нарушения мозгового кровообращения являются одной из причин стойкой утраты трудоспособности населения во всем мире. Инсульт является одной из основных причин инвалидизации взрослого населения поскольку даже в случае своевременного оказания...

Во всем мире медицинская робототехника активно развивается по трем направлениям: реабилитационная, сервисная и клиническая. Реабилитационные роботы предназначены для решения задач восстановления функций утраченных конечностей и жизнеобеспечения инвалидов, прикованных к постели (с нарушением зрения, опорно-двигательной системы и другими тяжелыми заболеваниями). Медицинские роботы сервисного назначения призваны решать транспортные задачи по перемещению пациентов, различных грузов, а также по уходу за больными, прикованными к постели. Клиническая робототехника обеспечивает полную или частичную автоматизацию процессов диагностики, терапевтического и хирургического лечения различных заболеваний.

Наибольшее практическое применение нашли хирургические роботы, используемые для выполнения роботоассистируемых операций в различных областях медицины. Применение робототехники при выполнении операций уменьшает зависимость результата оперативного вмешательства от человеческого фактора и способствует расширению технических возможностей при выполнении сложных операций. С использованием роботов заметно улучшаются эргономические показатели в работе хирурга, повышается точность и контролируемость воздействия. В случае минимально-инвазивной хирургии роботы увеличивают манипулятивность хирургического инструмента, позволяя увеличить доступный хирургу объем пространства внутри тела пациента. Важным преимуществом роботизированной хирургии является возможность конвертируемости традиционных операций в малоинвазивное вмешательство.

Современным этапом развития малоинвазивной хирургии явилось внедрение в клиническую практику специализированных роботов, наиболее известным из которых является робот Da Vinci. Во многих странах ведутся работы по созданию специализированной хирургической робототехники (США, Германия, Япония, Южная Корея, Франция и др.).

В России впервые идею возможности роботизации оперативного вмешательства применительно к кровеносным сосудам проф. Г.В. Саврасов и академик А.В. Покровский стали обсуждать в 80-е годы прошлого столетия. Это был период разработки и активного внедрения в клиническую практику технологий ультразвуковой ангиохирургии, предназначенных для внутрисосудистых воздействий.

Достоинство внутрисосудистой реконструкции заключается, с одной стороны, в ее физиологичности, так как восстанавливается естественное русло кровеносной системы, а с другой стороны – в возможности минимальной травматизации благодаря тому, что восстановление проходимости сосуда осуществляется на значительном протяжении от места хирургического доступа. Однако удаление зоны воздействия от места ввода технического средства, а также отсутствие, как правило, прямой визуальной информации из зоны воздействия осложняют работу хирурга, ставя в прямую зависимость результаты оперативного вмешательства от индивидуальных качеств самого хирурга. Но особенно сильно влияние человеческого фактора проявляется в тех случаях, когда в качестве основного физического агента воздействия на кровеносный сосуд используется не мускульное усилие хирурга, а высокоэнергетический и быстродействующий источник, например, ультразвук. Для того чтобы существенно улучшить условия работы хирурга и при этом повысить эффективность и качество выполняемых им операций, необходимо принципиально изменить технику хирургических операций с использованием средств мехатроники и робототехники.

• мобильных микроробототехнических систем , способных в автоматическом и полуавтоматическом режимах перемещаться по трубчатым органам, осуществляя диагностику и воздействие на патологические;
• роботов-манипуляторов для выполнения широкого круга оперативных вмешательств в различных областях медицины.

Более подробно с состоянием проблемы можно ознакомиться на видео: